GÖTTINGEN / LONDON (IT BOLTWISE) – Neue Erkenntnisse über die langperiodischen Schwingungen der Sonne könnten das Verständnis der Sonnenrotation revolutionieren. Forschende des Max-Planck-Instituts haben herausgefunden, dass diese Schwingungen entscheidend zur Aufrechterhaltung des Rotationsmusters der Sonne beitragen. Durch die Analyse von Daten des Helioseismic and Magnetic Imager an Bord des Solar Dynamics Observatory konnten sie zeigen, dass diese Schwingungen Wärme von den Sonnenpolen zum Äquator transportieren und so den Temperaturunterschied minimieren.
Die Sonne, unser nächster Stern, birgt noch immer viele Geheimnisse, insbesondere was ihre Rotation betrifft. Ein faszinierendes Phänomen ist das differenzielle Rotationsmuster, bei dem sich die Pole langsamer drehen als der Äquator. Während die Pole etwa 34 Tage für eine Umdrehung benötigen, schafft es die Äquatorregion in nur 24 Tagen. Diese Unterschiede sind nicht nur ein wissenschaftliches Rätsel, sondern auch von großer Bedeutung für das Verständnis der Sonnenaktivität.
In den letzten Jahren hat die Helioseismologie, die Untersuchung des Sonneninneren durch solare Schallwellen, erhebliche Fortschritte gemacht. Diese Methode hat gezeigt, dass das Rotationsprofil der Sonne in der gesamten Konvektionszone nahezu konstant bleibt. Die Konvektionszone, die sich von etwa 200.000 Kilometern Tiefe bis zur sichtbaren Oberfläche erstreckt, ist ein Bereich intensiver Plasmabewegungen, die den Magnetismus und die Aktivität der Sonne beeinflussen.
Ein entscheidender Faktor für das Rotationsmuster der Sonne ist der Temperaturunterschied zwischen den Polen und dem Äquator. Theoretische Modelle haben lange vermutet, dass ein geringer Temperaturunterschied notwendig ist, um das bekannte Rotationsmuster aufrechtzuerhalten. Die Messung dieses Unterschieds war jedoch bisher eine große Herausforderung, da Beobachtungen durch das heiße Sonneninnere mit Temperaturen von bis zu einer Million Grad erfolgen müssen.
Forschende des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung haben nun gezeigt, dass es möglich ist, diesen Temperaturunterschied durch die Beobachtung langperiodischer Schwingungen der Sonne zu ermitteln. Diese Schwingungen, die als Wirbelbewegungen an der Sonnenoberfläche sichtbar sind, wurden durch den Helioseismic and Magnetic Imager an Bord des Solar Dynamics Observatory von 2017 bis 2021 aufgezeichnet. Besonders einflussreich sind Schwingungen, die in hohen Breitengraden maximale Geschwindigkeiten von bis zu 70 Kilometern pro Stunde erreichen.
Durch numerische dreidimensionale Simulationen konnten die Forschenden zeigen, dass diese Schwingungen Wärme von den Sonnenpolen zum Äquator transportieren, wodurch der Temperaturunterschied auf weniger als sieben Grad begrenzt wird. Diese Erkenntnis ist entscheidend für das Verständnis der Drehimpulsbilanz der Sonne und bietet einen neuen Blick auf die globale Dynamik unseres Sterns.
Die Ergebnisse dieser Studie, die in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht wurden, unterstreichen die Bedeutung der langperiodischen Schwingungen nicht nur als Diagnoseinstrumente, sondern auch als aktive Steuerungsmechanismen für die Prozesse in der Sonne. Zukünftige Forschungen, unterstützt durch den ERC Synergy Grant WHOLESUN und den Sonderforschungsbereich 1456 “Mathematik des Experiments”, werden darauf abzielen, die Rolle dieser Schwingungen weiter zu erforschen.
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